貴金屬奈米顆粒修飾三氧化鎢奈米線陣列在太陽光下增加光電化學產氫效率

Abstract

發展乾淨且可再生能源，並減少使用化石燃料是現今一大目標。自從本多與藤嶋教授在1972年發表以二氧化鈦為電極進行光電化學水分解，許多研究人員開始著重於利用半導體為光觸媒進行水分解的研究。藉由光電化學水分解原理，結合太陽光產氫，能有效利用太陽光之光觸媒成為發展重點。本研究即以三氧化鎢一維奈米陣列進行光電化學性質研究，尋找最佳光電化學水分解效率的製備條件，為了得到更好光電化學水分解效率，所以進一步貴金屬批覆。 在研究過程中，我們利用簡單的水熱法一次性製備三氧化鎢一維奈米陣列於鎢片上，並使用光沉積法將貴金屬奈米顆粒(Au、Pt、Pd) 批覆於材料，利用X-射線繞射光譜(XRD)、場發射掃描式電子顯微鏡/能量散射光譜儀(SEM/EDX)、高解析穿透式電子顯微鏡(HRTEM)、X-ray光電子能譜儀(XPS)和紫外光-可見光吸收光譜儀和X光吸收近邊緣結構光譜(XANES)了解材料的表面特性。XRD經分析比對後，三氧化鎢屬於單斜晶系；SEM圖則看出三氧化鎢奈米線隨時間變長，從3小時的0.5μm到10小時的17 μm，而直徑(85 nm)無任何改變；HRTEM顯示三氧化鎢奈米線成長方向為[002]；XANES分析結果表示三氧化鎢經過鍛燒可以減少氧空缺情形。 合成材料進行光電化學測試，包含光電流測試、電流-時間曲線和入射單色光子-電子轉換效率(IPCE)。WO3、Au-WO3、Pt-WO3、Pd-WO3的光電化學水分解效率分別為0.22 %、0.29 %、0.26 %、0.21 %，而IPCE則顯示吸收波長範圍，WO3為360~460 nm，Au-WO3為360~520 nm，Pt-WO3為360~480 nm，Pd-WO3為360~460 nm。我們使用簡單的方法成功合成三氧化鎢一維奈米陣列，批覆Au、Pt可以增加材料的光電化學產氫效率以及提升可見光吸收，提供未來改善光電化學性質發展方向。